
在全球市场中,钛合金材料主要应用于航空工业、国防、军工、以及其他工业。 其中,在航空工业的应用需求最大,约占50%,主要是用于飞机和发动机的制造。
钛合金产品的强度在金属结构材料中是很高的,它的强度与钢材相当,但其重量仅为钢材的57%。另外,钛合金具有比重小、热强度高、热稳定性和抗腐蚀性好等特性,但钛合金材料切削加工困难、加工效率低。所以如何攻克钛合金加工难,效率低的问题一直是待解决的难题。
钛合金指的是多种用钛与其他金属制成的合金金属。钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属,钛合金强度高、耐蚀性好、耐热性高。20世纪50~60年代,主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金。
① 热传导率低。钛合金热传导率大约只有45#钢的16%左右,加工中热量不能及时传导出去,造成切刃局部高温(加工中的刀尖温度是45#钢的1倍以上),容易引发刀具扩散磨损。
② 加工硬化严重。钛合金加工硬化现象明显,表面硬化层相比不锈钢要严重,会给后续加工造成一定的困难,比如,刀具边界损伤增大。钛合金热传导率低、加工硬化严重、与刀具的亲和性高、塑性变形小等特点是造成钛合金难以加工的本质原因。其被切削指数只相当于易削钢的20%。
钛合金产品车削,易获得较好的表面粗糙度,加工硬化不严重,但切削温度高,刀具磨损快。针对这些特点,主要在刀具、切削参数方面采取以下措施:
较低的切削速度,适中的进给量,较深的切削深度,充分冷却,车外圆时刀尖不能高于工件中心,否则容易扎刀,精车及车削薄壁件时,刀具主偏角要大,一般为75-90度。
钛合金产品铣削比车削困难,因为铣削是断续切削,并且切屑易与刀刃发生粘结,当粘屑的刀齿再次切入工件时,粘屑被碰掉并带走一小块刀具材料,形成崩刃,极大地降低了刀具的耐用度。
一般合金钢[IV]的加工均不采用顺铣,因机床丝杠、螺母间隙的影响,顺铣时,铣刀作用在工件上,在进给方向上的分力与进给方向相同,易使工件台产生间隙性窜动,造成打刀。对顺铣而言,刀齿开始切入就碰到硬皮而导致刀具破损。但由于逆铣切屑是由薄到厚,在最初切入时刀具易与工件发生干摩擦,加重刀具的粘屑和崩刃。为使钛合金顺利铣削,还应注意相对于通用标准铣刀,前角应减小,后角应加大。铣削速度宜低,尽量采用尖齿铣刀,避免使用铲齿铣刀。
钛合金产品攻丝,因为切屑细小,易与刀刃及工件粘结,造成加工表面粗糙度值大,扭矩大。攻丝时丝锥[V]选用不当及操作不当极易造成加工硬化,加工效率极低并时有丝锥折断现象。
须优先选用一丝到位的跳牙丝锥,齿数应较标准丝锥少,一般为2~3齿。切削锥角宜大,锥度部分一般为3~4扣螺纹长度。为便于排屑,还可在切削锥部分磨出负倾角。尽量选用短丝锥以增加丝锥刚性。丝锥的倒锥部分应较标准的适当加大,以减少丝锥与工件的摩擦。
钛合金加工的焦点是热,大量高压切削液要及时准确地喷射到切削刃上,才能够快速地将热量移除。钛合金材料的切削加工,必须从刀具材料、切削液、加工工艺参数方面进行控制,才能提高钛合金材料加工的综合效率。